微通道中气-液-液三相流流型及传质研究

摘要

微反应器由于其在过程强化领域的巨大潜力，以及易于控制、安全性高与无“放大效应”等优点，近年来引起了研究者的极大关注。本文通过实验对双T型微通道内气-液-液三相流流型及传质行为进行研究。探讨气相的引入对液-液两相流流型及传质过程的影响；考察不同气含率、有机相与水相流量比及液相总流速条件下，双T型微通道内气-液-液三相流流型及传质行为。
　　本文以30％磷酸三丁酯（TBP）的环己烷溶液为有机相，去离子水为水相，首先研究了T型微通道内液-液两相流流型。不同的流量比及总流量条件下，通过CCD高速摄像机拍摄的图片观察到微通道中弹状流、滴状流及平行流三种液-液两相流流型。随后，使用双T型微通道对气-液-液三相流流型进行了研究。气相的引入所带来的气相剪切作用可使流型由液-液平行流变为气-液-液三相弹状流，根据分散相液滴的形成机制不同及流型形成过程中是否发生气泡的破裂，将气-液-液三相弹状流具体划分为“气泡剪切流”、“自发破裂-气泡剪切流”及“气泡-液滴交替破裂流”三种流型，并给出了流型分布图。
　　本文在双T型分散结构的微通道中，以30%TBP的环己烷溶液-乙酸-去离子水为萃取体系，对气-液-液三相流中液-液传质过程进行了研究。考察了气相的引入及不同气含率α、有机相与水相流量比q以及流速对总体积传质系数kLa的影响。实验发现，气相的引入可显著提高液-液传质系数kLa，随着气含率α的增大，传质过程得到进一步强化。引入传质强化因子 E的概念，衡量不同的气含率下气相的引入对液-液传质过程的强化作用，研究发现，传质增强因子随气含率α的提高而增大。有机相与水相流量比q对传质系数kLa具有显著影响，传质实验所采用的三种流量比中，有kLa（q=1:1）> kLa（q=2:1）> kLa（q=1:2）。此外，流速对总体积传质系数kLa及传质强化因子E均具有重要影响，传质系数kLa与传质增强因子 E均随流速的提高而显著增大。最后，对实验数据进行拟合，获得了传质系数kLa与气相雷诺数Reg、液相平均雷诺数ReM、气含率α以及流量比q几个影响因素的拟合式。通过传质系数计算值(kLa)cal与实验值(kLa)exp的比较，证明该拟合式可较好的描述传质系数kLa与各因素之间的关系。

目录

声明

第一章 文献综述

1.1 引言

1.2 微通道反应器概述

1.3 微通道反应器的应用与分类

1.4 微通道内液-液两相流研究

1.5 微通道内气-液-液三相流研究

1.6 论文工作的提出

第二章 微通道内气-液-液三相流流型研究

2.1 实验试剂与仪器

2.2 实验流程及实验方法

2.3 实验结果与讨论

2.4 本章小结

第三章 微通道内气-液-液三相流传质研究

3.1 实验仪器与实验试剂

3.2 实验流程与实验方法

3.3 实验数据处理

3.4 实验结果与讨论

3.5 实验数据拟合

3.6 本章小结

第四章 结论与展望

4.1 结论

4.2 建议

参考文献

符号说明

致谢